JP4317878B2 - 空気調和機及びその冷媒量判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機内に充填されている冷媒量の適否を判定できるようにした空気調和機及びその冷媒量判定方法に関し、特に、空気調和機設置後において適正な冷媒量が封入されているか、或いは冷媒の漏れはないかを判定することができるようにしたものである。

室外機と室内機を有する空気調和機の中でも特に室内機を複数台接続するセパレートタイプの空気調和機の場合、室内機と室外機の設置条件が多岐にわたることから空気調和機に必要な冷媒を全て室外機に充填した状態で出荷することは困難である。このため、室外機に所定量の冷媒を充填し、現地施工時に必要な冷媒を追加封入する必要がある。

これに対し、特許文献１に記載のもののように、現地施工後の試運転時に、室外機の冷媒量調節器（受液器）と室内機の間に副流部を備えた過冷却熱交換器の主流部を配置し、この主流部出口側の冷媒過冷却度により空気調和機（冷凍サイクル）内の冷媒量の適否を判定するようにしたものがある。

特開２００５−１１４１８４号公報

上記特許文献１のものでは、試運転時に冷媒量判定運転を実施することにより空気調和機に接続された室内機を全て冷房運転し、冷凍サイクルの状態が安定した状態で冷媒量の判定を行う必要がある。このため、試運転を完了し、通常運転を開始した後に、冷媒回路内の冷媒が外部に漏洩した場合の冷媒量判定を行うことは困難であった。特に、個別に発停可能な複数の室内機を備えた空気調和機では、各室内機により運転状態が異なるため、冷媒量判定精度の低下を招く。

本発明の目的は、通常運転を開始した後に、空気調和機内の冷媒が外部に漏洩した場合にこれを検知できるようにした空気調和機及びその冷媒量判定方法を得ることにある。

本発明の他の目的は、通常運転を開始した後に、冷媒漏れが発生した場合に逸早くこれを検出することのできるようにすることにある。

本発明の更に他の目的は、通常運転開始後の冷媒量判定を早期に発見できるようにすると共に、精度の良い冷媒量判定も可能にすることにある。

上記課題を解決するため本発明は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外膨張装置及び室外送風機を備えた室外機と、室内膨張装置、室内熱交換器及び室内送風機を備えた室内機とを、液接続配管及びガス接続配管で接続した空気調和機において、前記室内膨張装置又は前記室外膨脹装置への出力量と、圧縮機への出力量に基づいた係数χを求める手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記求められた係数χと前記検出された外気温度に基づいて冷媒量を判定する手段とを備えていることを特徴とする。

ここで、前記係数χは、
係数χ＝室内又は室外膨張装置への出力量／圧縮機への出力量
により求めるようにすると良い。なお、室内又は室外膨張装置への出力量としては、膨脹装置の開度やパルス数（電動膨脹弁の場合）などを使用すると良く、圧縮機への出力量としては、圧縮機の回転数（回転数制御圧縮機の場合）や駆動される圧縮機の台数（複数の圧縮機を備えるものである場合）を使用すると良い。

また、前記冷媒量を判定する手段は、予め適正冷媒量の状態で空気調和機を運転して外気温度に対する係数χの値と、この係数χの許容範囲の上限値を求めて記憶しておき、通常運転時に求められた係数χと外気温度に基づいて冷媒量を判定するようにすると良い。

なお、前記係数χを求めるに際し、冷房運転時には室内膨脹装置への出力量を用い、暖房運転時には室外膨脹装置への出力量を用いるのが良い。
更に、前記冷媒量の判定に、室外機から室内機までの配管長或いは室外機と室内機との高低差のデータも追加して行うようにすると精度の良い冷媒量の判定が可能となる。
冷媒量が減少したと判定された場合、冷媒漏洩がある旨の表示を行うと共に、自動的に運転停止するようにすると良い。

更に、全室内機を強制的に運転して冷媒量を判定する冷媒量判定運転モードを備えるようにし、通常運転中に冷媒量が減少したと判定された場合、自動的に前記冷媒量判定運転モードを実施して冷媒量適否の判定を精度良く行なうようにすると尚良い。
上記の冷媒量判定の情報を、インターネットを介してサービス部門の端末に表示させるようにすることもできる。

本発明の他の特徴は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外膨張装置及び室外送風機を備えた室外機と、室内膨張装置、室内熱交換器及び室内送風機を備えた室内機とを、液接続配管及びガス接続配管で接続した空気調和機において、前記室内膨張装置への出力量と、圧縮機への出力量に基づいた係数χを、
係数χ＝室内膨張装置への出力量／圧縮機への出力量
により求める演算手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記求められた係数χと前記検出された外気温度とにより冷媒量を判定する手段とを備えたことにある。

本発明の更に他の特徴は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外膨張装置及び室外送風機を備えた室外機と、室内膨張装置、室内熱交換器及び室内送風機を備えた室内機とを、液接続配管及びガス接続配管で接続した空気調和機において、適正な冷媒を封入した状態での前記室内膨張装置又は前記室外膨脹装置への出力量と圧縮機への出力量との比に関連した値と、外気温度との関係を予め求めておき、空気調和機運転中に求めた前記室内膨張装置又は前記室外膨脹装置への出力量と圧縮機への出力量との比に関連した値が、その時の外気温度に対して前記予め求めておいた値と比較することにより、冷媒量を判定する空気調和機の冷媒量判定方法にある。

ここで、前記値は次の係数χ、即ち
係数χ＝室内又は室外膨張装置への出力量／圧縮機への出力量
として求められた値であり、前記式において、冷房運転時には室内膨脹装置への出力量を用い、暖房運転時には室外膨脹装置への出力量を用いるようにすると良い。

本発明によれば、通常運転を開始した後に、空気調和機内の冷媒が外部に漏洩した場合にこれを早期に或いは逸早く検知できる効果がある。

また、通常運転開始後の冷媒量判定を早期に発見できると共に、冷媒量が減少したと判定された場合、更に冷媒量判定運転モードを実施するようにしたものでは、冷媒量適否の判定を精度良く行なうこともできる効果がある。

以下、図面に基づき本発明の具体的実施例を説明する。

図１において、室外機２２は、運転周波数をインバータで可変して制御される容量可変式の圧縮機1及び容量固定式の圧縮機２を備え、これら圧縮機１，２は図に示すように、並列に配置されて四方弁３に接続されている。四方弁３は室外熱交換器４側及びガス阻止弁１１側に配管接続されている。また、室外熱交換器４からは室外膨張装置５を介して冷媒量調節器（受液器）６、過冷却熱交換器７、液阻止弁８へと配管接続されている。

室内機２３は図に示すように複数台が並列に液配管３０とガス配管３１を介して前記室外機２２に接続されており、各室内機２３は、室内膨脹装置９、室内熱交換器１０及び室内送風機（図示せず）などから構成されている。

室外機２２の圧縮機１，２の吐出側配管には、圧縮機から吐出される冷媒ガスの圧力を検出する吐出圧力センサ１３、及び冷媒ガスの温度を検出する吐出温度センサ１５を有し、過冷却熱交換器７と液阻止弁８の間には液配管（液冷媒）の温度を検出するための温度センサ１７を設けている。また、室内機２３には室内熱交換器１０に流入する空気の温度を検出する吸込温度センサ（室内温度サーミスタ）３２や室内熱交換器１０から吹き出す空気の温度を検出する吹出し温度センサ（室外温度サーミスタ）２４を備え、更に室内熱交換器１０に接続されたガス配管にはガス温度センサ１９が、室内膨張装置９と液阻止弁８との間の液配管には液温度センサ１８を備えている。
なお、１６，１８，１９は温度センサ、２１は空気調和機を制御する演算装置である。

次に、上記構成の空気調和機を通常の冷房運転をする場合について説明する。
冷房運転の場合、冷媒は図１の実線矢印の方向に流れ、圧縮機１，２から吐出されたガス冷媒は四方弁３を通過して室外熱交換器４に流入し、凝縮する。凝縮された液冷媒は冷媒量調節器６に入り、この冷媒量調整器６から導出された液冷媒は、過冷却熱交換器７により過冷却され、室外機２２と室内機２３を接続する液配管３０を経て室内膨脹装置９に流入する。室内膨張装置９は任意の絞り量に設定可能な膨脹装置であり、室内膨脹装置９で減圧された冷媒は室内熱交換器１０に送られて蒸発することで、室内空気を冷却する。蒸発した冷媒はガス配管３１を通って、圧縮機１，２の吸入側に戻る。

上記空気調和機を通常の暖房運転をする場合について説明する。暖房運転では、四方弁３を切換えることにより、図１の点線矢印の向きに冷媒が流れ、圧縮機１，２から吐出された冷媒は四方弁３、ガス阻止弁１１を通過し、室内熱交換器１０で放熱して凝縮することで室内空気を加熱し、暖房を行う。凝縮された液冷媒は、液配管３０を経て室外機２２へ流れ、冷媒量調整器６に入り、この冷媒量調整器６から液冷媒が導出されて室外膨張装置５に入る。室外膨張装置５も任意の絞り量に設定可能な膨張装置であり、室外膨張装置５で減圧された冷媒は室外熱交換器４に流入して蒸発し、かわき度の大きな状態となり、四方弁３を通過して圧縮機１，２に戻る。

また、本実施例では、上記冷房運転及び暖房運転とは別に行う冷媒量判定運転モードを備えており、以下この冷媒量判定運転モードについて図１により説明する。冷媒量判定運転モードでは、空気調和機に接続されている室内機２３を全て冷房運転させる(実線矢印のように冷媒を流す)。冷房運転中に圧縮機１，２の吐出ガス温度や吐出ガス圧力の変化が小さくなる状態、即ち冷凍サイクルが安定するまで室内膨張弁９により吐出ガス過熱度が設定値以上となるように制御する。吐出ガス過熱度が設定値以上の状態（圧縮機吐出加熱度が安定化した状態）で、吐出圧力センサ１３から演算される飽和温度と過冷却熱交換器７出口の温度センサ１７で検出された温度から求められた過冷却度の値が予め設定された範囲以内であれば適性冷媒量と判定する。

上述した冷媒量判定運転モードは、空気調和機に接続されている室内機２３を全て冷房運転させることで封入されている冷媒量の適否を判定するものであるが、このモードを実施するには通常の空調運転を一次中止して行わなければならない。本実施例では通常運転を継続したままでも冷媒量適否の判定（或いは冷媒の漏れはないかの判定）をできるように構成している。以下、通常運転中の冷媒量判定について図１〜図４により説明する。

まず、通常の冷房運転中の冷媒量判定について説明する。冷房運転では、吐出ガス過熱度が予め設定した範囲になるよう室内膨張装置の絞り量を調整する。吐出ガス過熱度が設定温度範囲内に入り、吐出圧力及び吐出温度の変動が少なくなった場合に、室内膨張装置９への出力量（膨脹弁開度或いは電動膨脹弁の場合にはパルス数等、室内機が複数ある場合には室内膨脹弁の開度を合計した合計開度となる）と、圧縮機への出力量(回転数制御圧縮機の場合であれば周波数等)に基づいた係数χを例えば次式(１)により求める。

係数χ＝室内膨張装置への出力量／圧縮機への出力量 …（１）
また、室外機２２の雰囲気温度（外気温度）を室外温度サーミスタ２４により検出する。そして、上記係数χが外気温度から予め設定した値以上となった場合に冷媒不足と判定する。この判定をするための例を図３に示す。予め、適正冷媒量の状態で空気調和機を運転し、外気温度に対する係数χの値を図３の実線で示すように求めておく。また、外気温度に対する係数χの許容範囲の上限を図３の点線で示すように求めておく。次に、通常運転時に上記式（１）に基づく係数χと外気温度を求め、求めた係数χが図３の冷媒不足領域にあれば冷媒不足と判定し、係数χの許容範囲の上限以下であれば適性冷媒量と判定する。なお、冷媒不足と判定された場合には冷媒を空気調和機に封入した時点よりも冷媒が漏れていることを意味する。

なお、上記例において、室内機２３への吸込温度（室内温度）も室内温度サーミスタ３２により検出し、上記係数χと、外気温度及び室内温度との関係を求めるように構成すれば更に精度の高い冷媒量判定が可能となる。また、圧縮機への出力量としては回転数制御圧縮機の場合であれば周波数としたが、容量固定式圧縮機を１台または複数台備えるものでは圧縮機の運転台数とすることもできる。即ち、全ての圧縮機からの総吐出流量に関連するパラメータを使用すれば良い。

次に、通常の暖房運転中の冷媒量判定について説明する。暖房運転では、吐出ガス過熱度が予め設定した範囲になるよう室外膨張装置５の絞り量を調整する。吐出ガス過熱度が設定温度範囲内に入り、吐出圧力及び吐出温度の変動が少なくなった場合に室外膨張装置５への出力量と圧縮機への出力量に基づいた係数χを例えば次式(２)により求める。

係数χ＝室外膨張装置への出力量／圧縮機への出力量 …（２）
また、室外機２２の雰囲気温度（外気温度）を室外温度サーミスタ２４により検出する。更に、上記冷房運転の場合と同様に、適正冷媒量の状態で空気調和機を運転して、外気温度に対する係数χの値を図４に示すように予め求めておき（実線は最適値、点線は許容範囲の上限値）、冷媒量の適否を判定する。
図２は、上述した本実施例の冷媒量の適否判定についての一連の動作を纏めたフローチャートである。

なお、上記において、判定の条件として外気温度（及び室内温度）のみを使用したが、空気調和機の施工条件(配管長/室外機と室内機の高低差等)により膨張装置への出力が変化することが考えられるため、空気調和機の施工条件を判定条件として追加するようにすれば判定精度を更に向上できる。また、空気調和機を制御する演算装置２１（図１参照）にメモリを設け、係数χの変化を記録して係数χの時間変化の情報を判定に加えるようにしても良い。

上述した通常運転中の冷媒量判定において、冷媒不足と判定された場合には、リモコンスイッチ（図示せず）等に表示して、空気調和機の利用者に冷媒漏洩を報告し、空気調和機の運転を停止するようにすると良い。また、警報器により警告音を発生させることで利用者への冷媒漏れを報告するようにしても良い。更に、空気調和機をインターネット等に接続することで、冷媒漏洩の情報をサービス部門の端末に表示させることもでき、サービスマンを素早く派遣することが可能になる。

また、上述した通常運転中の冷媒量判定において、冷媒不足と判定された場合には、前述した冷媒量判定運転モードを自動的に強制的に実施するように構成し、空気調和機に接続されている全室内機を強制的に冷房運転するようにして冷媒量判定すれば、更に冷媒量判定の精度を向上させることができる。なお、この場合の冷媒量判定運転モードを自動的に行うようにするのではなく、サービスマン等が室外機に設置されたスイッチ等を操作したり、或いは空気調和機にパーソナルコンピュータを接続し、パーソナルコンピュータから冷媒量判定運転モードへの切替を行うようにしても良い。更に、空気調和機をネットワークコンピュータまたは集中コントローラ等に接続し、これらのものから前記冷媒量判定運転モードに切替えるようにしても良い。

本実施例によれば、空気調和機の運転中に、運転状態量(膨張装置出力量及び圧縮機出力量等)を検出することにより、冷媒回路内（接続配管または空気調和機）の冷媒量が減少した場合これを早期に判定することが可能となる。冷媒量が減少したと判断された場合には、冷媒漏洩している旨を表示し、運転を停止することで、冷媒漏れを逸早く知らせ、また更なる冷媒漏れを防止するための-対策を講じることができる。冷媒量が減ったと判定された場合には、更に冷媒量判定運転モードを実施することで、冷媒量の適否を更に高精度に判定することも可能になる。

本発明の空気調和機の実施例を示す冷凍サイクル構成図。 通常運転中の冷媒量判定の手順を説明するフローチャート。 通常の冷房運転中における冷媒量判定をするための外気温度と係数χとの関係を示す線図。 通常の暖房運転中における冷媒量判定をするための外気温度と係数χとの関係を示す線図。

符号の説明

１…容量可変式圧縮機、２…容量固定式圧縮機、３…四方弁、４…室外熱交換器、５…室外膨張装置、６…冷媒量調節器（受液器）、７…過冷却熱交換器、８…液阻止弁、９…室内膨脹装置（電動膨張弁）、１０…室内熱交換器、１１…ガス阻止弁、１２…アキュムレータ、１３…吐出圧力センサ、１４…吸入圧力センサ、１５…吐出温度センサ、１６〜１９…温度センサ、２０…室外送風機、２１…演算装置、２２…室外機、２３…室内機、２４…室外温度サーミスタ、３０…液配管、３１…ガス配管、３２…室内温度サーミスタ。

Claims (11)

1. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外膨張装置及び室外送風機を備えた室外機と、室内膨張装置、室内熱交換器及び室内送風機を備えた室内機とを、液接続配管及びガス接続配管で接続した空気調和機において、
   前記室内膨張装置又は前記室外膨脹装置への出力量と、圧縮機への出力量に基づいた係数χを求める手段と、
   外気温度を検出する外気温度検出手段と、
   前記求められた係数χと前記検出された外気温度に基づいて冷媒量を判定する手段とを備えていることを特徴とする空気調和機。
2. 請求項１において、前記係数χは、
   係数χ＝室内又は室外膨張装置への出力量／圧縮機への出力量
   により求めることを特徴とする空気調和機。
3. 請求項２において、前記冷媒量を判定する手段は、予め適正冷媒量の状態で空気調和機を運転して外気温度に対する係数χの値と、この係数χの許容範囲の上限値を求めて記憶しておき、通常運転時に求められた係数χと外気温度に基づいて冷媒量を判定するようにしたものであることを特徴とする空気調和機。
4. 請求項２において、冷房運転時には室内膨脹装置への出力量を用い、暖房運転時には室外膨脹装置への出力量を用いることを特徴とする空気調和機。
5. 請求項１において、前記冷媒量の判定に、室外機から室内機までの配管長或いは室外機と室内機との高低差のデータも追加して行うようにしたことを特徴とする空気調和機。
6. 請求項１において、冷媒量が減少したと判定された場合、冷媒漏洩がある旨の表示を行うと共に、自動的に運転停止することを特徴とする空気調和機。
7. 請求項１において、全室内機を強制的に運転して冷媒量を判定する冷媒量判定運転モードを備え、通常運転中に冷媒量が減少したと判定された場合、自動的に前記冷媒量判定運転モードを実施して冷媒量適否の判定をすることを特徴とする空気調和機。
8. 請求項１において、冷媒量判定の情報をインターネットを介してサービス部門の端末に表示させるようにしたことを特徴とする空気調和機。
9. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外膨張装置及び室外送風機を備えた室外機と、室内膨張装置、室内熱交換器及び室内送風機を備えた室内機とを、液接続配管及びガス接続配管で接続した空気調和機において、
   前記室内膨張装置への出力量と、圧縮機への出力量に基づいた係数χを、
   係数χ＝室内膨張装置への出力量／圧縮機への出力量
   により求める演算手段と、
   外気温度を検出する外気温度検出手段と、
   前記求められた係数χと前記検出された外気温度とにより冷媒量を判定する手段とを備えたことを特徴とする空気調和機。
10. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外膨張装置及び室外送風機を備えた室外機と、室内膨張装置、室内熱交換器及び室内送風機を備えた室内機とを、液接続配管及びガス接続配管で接続した空気調和機において、
    適正な冷媒を封入した状態での前記室内膨張装置又は前記室外膨脹装置への出力量と圧縮機への出力量との比に関連した値と、外気温度との関係を予め求めておき、
    空気調和機運転中に求めた前記室内膨張装置又は前記室外膨脹装置への出力量と圧縮機への出力量との比に関連した値が、その時の外気温度に対して前記予め求めておいた値と比較することにより、冷媒量を判定することを特徴とする空気調和機の冷媒量判定方法。
11. 請求項１０において、前記値は次の係数χ、即ち
    係数χ＝室内又は室外膨張装置への出力量／圧縮機への出力量
    として求められた値であり、前記式において、冷房運転時には室内膨脹装置への出力量を用い、暖房運転時には室外膨脹装置への出力量を用いることを特徴とする空気調和機の冷媒量判定方法。

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